2013.4.14 NHK special
MegaQuake 3
제2회 흔들림이 멈추지 않는다
장시간 지진동의 충격
2년전 일본열도를 덮친 그 거대지진.
"길다.." "안되겠다.."
일본 관측사상, 가장 긴 흔들림이었다.
"길기도 하다.. 아악!"
센다이(仙台)에서는 6분이상에 걸쳐, 강한 흔들림이 계속됐다.
전국각지에 설치된 수천개 지진계가 그 이상하게 긴 흔들림을 포착했다.
언제까지고 계속되는 긴 흔들림, "장시간 지진동"이다.
흔들림의 길이가 지금까지의 대지진과 비교해도, 압도적이었다.
상상을 초월하는 피해를 초래한 흔들림의 실태가 최신연구로 밝혀졌다.
강약을 반복하면서 끊임없이 밀려오는 흔들림.
그것이, 내진기준을 충족하는 빌딩이나 주택조차 파괴했다.
내진공학 전문가,"거대지진은 큰 지진의 파상공격인 셈이다.
한번의 공격으로 손상된 곳에 다음 공격이 가해진다."
게다가 긴 흔들림은 진원에서 먼 도시를 덮쳤다.
긴 흔들림을 더욱 증폭시키는 대도시 지하의 메카니즘.
그것이 도쿄와 오사카에서 10분이상에 걸쳐 빌딩을 흔들어댄 것이다.
"길다.. 너무 길어.."
아무도 경헙해보지못한 장시간 지진동.
거대지진은 우리에게 새로운 위협을 들이댄 것이다.
거대지진. 메가퀘이크.
우리는 그 흔들림의 진짜 무서움을 아직 모른다.
거대지진의 흔들림. 어디까지 길게, 크게 되는 것인가.
연구자들은 지금, 다음에 우리를 덮칠 최악의 흔들림의 모습을 잡아내려 하고 있다.
지진학자, "더욱더 긴 흔들림이 도쿄 혹은 일본을 덮칠 것도 부정할수없다."
긴 흔들림에 건물은 버틸 수 있는가.
한계를 찾는 연구자들의 도전이 시작되고 있다.
직면한 흔들림의 위협에 어떻게 대처할 것인가.
거대지진이 만들어내는 장시간 지진동을 파헤친다.
MegaQuake 3
제2회 흔들림이 멈추지 않는다
장시간 지진동의 충격
그날 최대진도6강이었던 센다이(仙台)시.
몸으로 느낀 흔들림은 6분이상 계속됐다.
그 긴 흔들림이, 종래의 지진으로는 생각할수도 없는 피해를 야기했다.
도호쿠대학 아오바야마(青葉山) 캠퍼스.
지금은 맨땅이 된 이곳에는 원래 9층짜리 건물이 서있었다.
당시의 피해상황이다.
기둥 콘크리트가 박살나고, 벽과 천정도 부서져서 치명적인 손상을 입었다.
건물 피해는 전문가의 상상을 초월한 것이었다.
고베대지진 이후에 진도6강에 견디게끔 철골을 받쳐서 내진보강했었다.
건물을 붕괴직전까지 몰고간 것은 어떤 흔들림이었나.
그날 건물 최상층에 있었던 대학생 우쓰미 코야군.
길게 지속된 흔들림에 공포를 느꼈다.
"당시 9층건물.. 매우 길어서 언제까지나 끝나지 않는 느낌이 들어,
만일 무너지면 죽겠지, 하는 느낌이었다."
흔들림이 점차 강해지고, 주변 물건이 쓰러졌다.
"냉장고가 단번에 팍쓰러지는 게 아니라, 잘게 흔들려서, 통통 튀다가 쓰러졌다."
1분 지나자, 흔들림이 멈출듯 보였다. 그러나..
"간신히 끝나는가, 했더니 이번엔 더크게 흔들리기 시작해서,
아직도 계속되는가, 했다."
흔들림은 더욱 계속되어, 쇠붙이로 확실하게 고정돼있던 책장이 쓰러졌다.
이때 우쓰미군은 이상한 감각이 들었다고 한다.
"순간적으로 나자신이 붕뜬 느낌이 든 적이 있었다.
건물이 무너질지 모른다.."
우쓰미군에게는 엄청나게 길게 느껴졌다.
내진공학 전문, 도호쿠대학 모토사카 마사토 교수.
대지진 전에 이 건물의 내진보강에 관여했다.
피해는 모토사카교수의 상상을 훨씬 초월한 것이었다.
모토사카교수,"거대지진은 어마어마하게 지속시간이 길었다.
지진동의 어떤 성질이 건물에 어떤 피해를 야기했는지.."
수수께끼를 밝힐 귀중한 단서가 건물에 남아있었다.
피해건물에는 지진계가 설치돼있었던 것이다.
건물을 덮친 흔들림의 파형이다. 상하폭은 흔들림의 세기를 나타낸다.
지속시간은 5분이상.
자세히 보면 흔들림에 두개의 Peak가 있었다.
우쓰미군이 일단 흔들림이 가라앉은줄 알았던 순간은, 두개의 Peak 사이였다.
이상하게 오래걸린 흔들림으로, 건물은 어떻게 파괴되었나.
모토사카교수는 계산공학 전문가에게 협조받아, 정밀하게 재현하기로 했다.
주목한건, 건물을 지탱하는 내모퉁이 기둥이다.
철골과 철근이 들어간 튼튼한 기둥이 모두 대파되었다.
파괴된 기둥의 재질과 구조에 관한 상세한 정보를 컴퓨터에 입력,
지진계에 기록된 흔들림에 의해, 어떻게 파괴됐는지 재현한다.
도호쿠대학 데라다교수, "파괴현상은 (지금까지도) 시뮬레이션해왔다.
그러나 실제로 일어난 현상을 이토록 정밀하게 재현하는 시도는 없었다."
기둥이 파괴되는 과정이다.
흔들리기 시작해서 곧 기둥밑둥에 균열이 생긴다.
첫번째 강한 흔들림으로 콘크리트가 점점 파괴된다.
다만 아직까지는 건물을 떠받칠 강도가 남아있었다.
1분10초후, 흔들림이 다시 강해진다.
콘크리트가 벗겨져, 내부의 철골이 노출된 채로 휘둘린다.
보호가 없어진 철골에는 막강한 힘이 걸렸다.
색깔이 붉을수록, 강한 힘이 걸려, 응력이 쌓였음을 나타낸다.
철골의 밑부분부터 위로, 응력이 쌓인다.
1분40초후, 응력이 한계에 달해, 철골은 건물을 지탱할 힘을 잃었다.
더욱더 해석했더니, 장시간 지진동에는 길이 뿐만 아니라,
또다른 위험성도 있다는 것을 알게 되었다.
지진파형을 토대로, 건물9층의 흔들림을 재현한다.
처음엔 주로 동서방향으로 흔들렸다.
그런데 두번째 Peak에선 흔들림 방향이 바뀌어, 남북방향으로 흔들렸다.
방향을 바꿔가면서, 길게 몇번이건 덮치는 장시간 지진동.
지금까지 상상도 못했던 흔들림이, 지진에 강한줄알았던 건물을 파괴한 것이다.
기둥이 파괴됨으로써, 놀라운 현상이 벌어졌다.
기둥 사이의 벽에는 깊은 균열이 생겼는데, 그것을 경계로
건물이 상하 두덩어리로 잘려나가 있었다.
모토사카교수,"이렇게 들쳐진 상태, 그러다 반대로 이쪽으로도 들쳐지고,
이런 일이 실제로 일어났다."
모토사카교수는 흔들림으로 인해, 건물이 순간적으로 떠올랐다고 본다.
우쓰미군이 몸이 붕떴다고 느낀건, 바로 그 순간이었던 것이다.
모토사카교수,"거대지진은 큰지진의 파상공격이다.
한번의 공격으로 손상된 곳에 다음번 공격을 받는다.
이런 흔들림의 성질, 파상공격을 받는다는 것에 대해,
건물의 변화를 생각한 내진설계가 중요해진다."
장시간 지진동에 의한 건물 피해는 센다이시내 전역에 펴져있었다.
전손된 건물 약5,000채. 내진기준을 충족한 새건물에도 피해가 났다.
센다이 교외 오리타테(折立) 지구. 이곳에선 약40채 건물이 전손됐다.
많은 사람들이 갑자기 집을 잃었다.
다카세 미노루, 치카코씨 부부. 리모델링한 직후였던 집이 전손됐다.
대지진 2년후인데 아직도 자택을 재건하지 못하고, 가설주택에서 살고있다.
다카세 치카코,"이제 좀 느긋하게 지낼수 있을 줄 알았다. 말을 안해도 눈물이 나왔다."
당시 다카세씨 자택 모습이다. 집의 바로밑에 땅이 갈라져,
마루와 벽이 뜯겨져 나가서 파괴돼있었다.
다카세 치카코,"이제 끝인가, 했더니 또다시 흔들렸다.
놀란 순간에 땅이 보이는데, 놀라서 남편한테, 집이 찢어졌다고 했다.
한차례 (흔들림)으로 끝났으면, 집도 버텼을지 모르는데.."
이 일대는 완만한 경사를 따라 주택지가 있었다.
피해를 야기한 원인은 대규모 지반붕괴였다.
현장을 조사한 교토대학 가마이 도시타카 교수.
가마이교수는 지반을 크게 붕괴시킨 것도 장시간지진동이었다고 생각한다.
현장의 지질을 자세히 조사해서, 붕괴 메카니즘을 해석했다.
컴츄터상에 피해입은 지반을 재현하고, 지진을 가한다.
색이 있는 부분은 흔들림으로 지반에 강한 힘이 걸리는 곳이다.
흔들림이 첫번째 Peak였던 34초후, 지하에 특히 강한 힘이 가해진 곳이 한줄기로 나타났다.
여기서 흔들림이 끝났다면, 지반붕괴까지 가지않았다. 그러나 그뒤로도 계속 흔들렸다.
두번째 Peak였던 1분14초후, 강한 힘이 걸린 부분이 켜졌다.
이때, 대규모 지반붕괴가 야기되고말았다.
가마이교수는 지하에 강한 힘이 걸린 부분에 지하수가 있었다고 생각한다.
거기서는 모래나 흙의 알갱이가 강하게 연결되고, 빈틈을 물이 채우고 있었다.
길게 흔들리면서, 모래나 흙의 알갱이가 떨어지고, 물속에 떠다닌다.
말하자면, 지하깊은 곳에서 나타난 액상화현상이다.
거기에 더욱 강한 흔들림이 가해지자, 단번에 붕괴된 것이다.
긴 흔들림이 초래하는 지반붕괴의 가능성.
가마이교수는 전국도처에 위험이 도사리고 있다고 지적한다.
"장시간 매우 큰 흔들림이 지속되는 지진동을 여태까지 우리는 생각할 이유가 없었다.
실은 의외로 우리가 살고있는 발밑에 갖가지 리스크가 있어서,
그런 리스크를 우리가 직시하는 것이 매우 중요하다고 보여준다."
지금까지 경험한 적이 없는 긴 흔들림. 어떻게 해서 생겨난 것인가.
거대지진이 발생한 것은 도호쿠 앞바다 해저, 판경계다.
육지판이 해양판에 밀려, 응력이 쌓인다.
응력이 한계에 달하면, 거대지진이 발생, 흔들림이 전달된다.
그 판경계를 실제로 보자는 조사가 진행되고 있다.
(지구심부탐사선 '지큐') 세계제일의 굴삭능력을 지닌 탐사선 '지큐'(지구)
향한 곳은 판이 미끄러진 광대한 진원역 해상이다.
수심 7,000m 해저를 굴삭해서, 직접 판경계를 파낸다는 것이다.
굴삭시작 2주후, 판경계에서 암석을 파내는 데 성공했다.
통속에서 나온 건, 자잘한 진흙이 뭉쳐서 생긴 암석이다.
"갈색이다. 왜 이렇게 긁혀있나."
자세히 보니, 800m 깊이보다 더 깊은 곳은 암석이 박살나있었다.
"이쪽은 갈기갈기 균열이 촘촘하다. 판경계 그자체다."
바로 이것이 판경계였다. 2년전 거대지진으로 미끄러져있었던 게 확인됐다.
암석을 박살낼만큼의 거대한 에너지가, 긴 흔들림을 만들어내는 힘이었다.
그럼 왜, 흔들림이 몇차레나 이어지고, 여러방향으로 있었던 것인가.
그 의문을 풀려는 교토대학 가와베 히데노리 조교.
각지의 지진파형에 주목했다.
이번 거대지진을 일으킨 진원역은 남북 500km로 광대하다.
그러나 실은 흔들림이 진원역 전체에서 일률적으로 생긴게 아니다.
가와베조교는 각지의 파형을 단서로, 진원역의 어디에서 흔들림이 생겼는지
자세히 해석했다. 그러자 다음 사실이 드러났다.
진원역에서 특히 강한 흔들림이 생겨난 5곳이 있다는 것을 알게됐다.
이 강한 흔들림을 내는 영역을 "강진동 생성역(強振動生成域)"이라 한다.
강진동 생성역이 하나하나 시간차를 두고, 강한 흔들림을 냈다.
게다가 각자가 M7 이상의 대지진에 필적하는 크기였던 것이다.
가와베조교는 5곳의 강진동 생성역이 어떤 식으로 그 긴 흔들림을 냈는지 시뮬레이션했다.
그 결과다. 노란색이 진할수록 강한 흔들림을 나타낸다.
흔들림이 파문처럼 퍼지는 게 보인다.
미야기(宮城)현 시오가마(塩釜)시에서 관측된 파형을 예로, 그 메카니즘을 보자.
먼저 미야기현 앞바다의 강진동 생성역부터 노란색 강한 흔들림이 발생한다.
그것이 시오가마시에 전달되어, 파형의 Peak를 이뤘다.
이어서 35초후, 북동쪽 영역에서 강한 흔들림이 발생.
뒤이어 전달되어, 두번째 Peak를 이뤘다.
그 다음에도 20초쯤 간격으로 남쪽의 3곳으로부터 잇따라 흔들림이 발생했다.
이것들이 도달할 때마다, 흔들림이 길어져서, 장시간 지진동이 된 것이다.
이것은 흔들림이 센다이시를 덮치는 모습이다.
첫번째 흔들림과 다음번 흔들림은 방향도 다르다.
이렇듯 시간차를 두고, 다른 방향에서 흔들림이 도달하면서,
센다이시는 6분이상 흔들렸던 것이다.
가와베조교, "한번 파괴돼서 끝나는 게 아니라, 시간차를 두고
다시한번 가까운 영역에서 강진동이 나왔다.
이런 식으로 전달됐던 것어었다. 지금까지 상상했던 것과 다르다."
우리가 대지진이라 여기는 M7을 넘는 지진, 그게 줄줄이 덮치는 메카니즘이,
판경계에서 발생하는 거대지진의 무서운 면이다.